動(dòng)力鋰離子電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

沈小忠（潮州正龍電池工業(yè)有限公司，廣東 潮州 515644）

從上世紀(jì)70年代以來(lái)，“能源危機(jī)”成為全世界范圍內(nèi)共同關(guān)注的話題，尤其隨著世界石油資源的日益減少和汽車(chē)工業(yè)的高速發(fā)展，兩者形成了尖銳的矛盾；諸如汽車(chē)、機(jī)車(chē)以及其他大型機(jī)械設(shè)備，其動(dòng)力來(lái)源是發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)），面對(duì)日益嚴(yán)峻的石油資源危機(jī)不得不尋求新的能源。

電能是一種利用率高、轉(zhuǎn)化率高、無(wú)污染的綠色能源形式，相對(duì)于石油燃料一次性消耗的特點(diǎn)而言，可以從多種渠道持續(xù)獲取，例如，除了傳統(tǒng)石化燃料火力發(fā)電之外，還包括風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等等，單純地從能源形式來(lái)看，電能未來(lái)的發(fā)展要比石化能源更具有前景。

1 動(dòng)力鋰離子電池的應(yīng)用和發(fā)展

首先，動(dòng)力鋰離子電池的應(yīng)用。動(dòng)力鋰離子電池是在20世紀(jì)出現(xiàn)的新型電源技術(shù)，它的研究和發(fā)展是具有一定時(shí)代科技特征的，前期主要是適用于一些微電子技術(shù)產(chǎn)品，例如心臟起搏器、電子報(bào)警器等。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)終端數(shù)碼設(shè)備大量涌現(xiàn)，如：筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、DV等，動(dòng)力鋰離子電池開(kāi)始進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段，其中以手機(jī)為典型代表，在一定程度上影響了動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展方向。

其次，動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展。動(dòng)力鋰離子電池的發(fā)展呈現(xiàn)出“從小到大”的趨勢(shì)，這不僅包括電池規(guī)模大小，也包括容量、適用范圍、適用產(chǎn)品等多個(gè)方面。就國(guó)內(nèi)而言，無(wú)論是研究機(jī)構(gòu)還是產(chǎn)業(yè)方面，都在促進(jìn)動(dòng)力鋰離子電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)工業(yè)能源的改進(jìn)，以解決可能出現(xiàn)的能源危機(jī)；換而言之，動(dòng)力鋰離子電池已經(jīng)從早期的產(chǎn)品適用性的被動(dòng)局面脫離出來(lái)，演變成為能源實(shí)用性的角色。未來(lái)，圍繞著動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展的包括汽車(chē)工業(yè)、電動(dòng)車(chē)產(chǎn)品、便攜式儀器產(chǎn)品等等。

2 動(dòng)力鋰離子電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

動(dòng)力鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)很明顯，但缺陷也同樣突出。從設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，為了滿足鋰離子電池的高電壓、高電能以及便攜性等特點(diǎn)，客觀上就必須單位材料的電能效率，造成動(dòng)力鋰離子電池的材料穩(wěn)定性差的缺陷；由于這種安全隱患的存在，鋰離子電池一旦使用不當(dāng)，極容易出現(xiàn)爆噴率失常，引發(fā)電池發(fā)熱或爆炸。

本文針對(duì)于動(dòng)力鋰離子電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要從安全角度出發(fā)，結(jié)合自動(dòng)鋰離子電池管控設(shè)備，具體的設(shè)計(jì)方案如下。

2.1 電池電路保護(hù)設(shè)計(jì)

動(dòng)力鋰離子電池在電路保護(hù)設(shè)計(jì)上，作者認(rèn)為要側(cè)重三個(gè)方面，分別是：過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)以及過(guò)電流短路保護(hù)。

首先，電池管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)要實(shí)現(xiàn)單節(jié)電池電量限制和總體電量控制。參考鋰離子電池特點(diǎn)，在單節(jié)電池充電過(guò)程中，如果電壓高處規(guī)定值，就會(huì)導(dǎo)致整體電池結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，鋰電池內(nèi)部的電解液會(huì)發(fā)生快速分解。因此，系統(tǒng)的保護(hù)作用就是在單節(jié)電壓超過(guò)額定值之后，自動(dòng)終端充電，且切換到放電模式。

其次，過(guò)放電保護(hù)與過(guò)充電保護(hù)是相反的流程，后者是防止過(guò)度充電，而前者是防止過(guò)度放電，導(dǎo)致鋰離子電池使用壽命縮短。管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)過(guò)放電超出這一標(biāo)準(zhǔn)之后，自動(dòng)啟用防電保護(hù)，進(jìn)入電池待機(jī)模式或結(jié)合自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行充電。

再次，過(guò)電流短路保護(hù)。鋰離子電池內(nèi)部是一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，對(duì)電流的控制稍有不慎，就會(huì)引發(fā)鋰電池內(nèi)部損壞或者造成外部設(shè)備短路。電池電路保護(hù)設(shè)計(jì)的目的，就是確保電流穩(wěn)定性，在使用之前形成短暫的延遲。

2.2 電池均衡保護(hù)設(shè)計(jì)

電池均衡保護(hù)設(shè)計(jì)是滿足電池組的整體能量平衡以及協(xié)調(diào)性。由于一個(gè)鋰離子電池組少則幾個(gè)，多則幾百個(gè)電池串（節(jié)）構(gòu)成，即便是同等規(guī)格的產(chǎn)品，在生產(chǎn)中也會(huì)產(chǎn)生微弱的差別。在過(guò)放電狀態(tài)下，不同電池串（節(jié)）內(nèi)部的電壓、電阻、電容等參數(shù)都存在差異，差異性的擴(kuò)大進(jìn)而造成不穩(wěn)定狀態(tài)。

動(dòng)力鋰離子電池管理系統(tǒng)應(yīng)該具有均衡功能，通過(guò)針對(duì)不同電池單元（數(shù)量根據(jù)系統(tǒng)匹配，常見(jiàn)的為1-99節(jié)）電池芯的狀態(tài)檢測(cè)，以繼電器為切換元件，實(shí)現(xiàn)不同電池組的能量平衡和轉(zhuǎn)移。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技的進(jìn)步，新型可代替、可再生能源的需求將會(huì)更加旺盛，結(jié)合動(dòng)力鋰離子電池取得的成果，如在電動(dòng)車(chē)產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品方面的應(yīng)用，未來(lái)的發(fā)展前景將會(huì)更為廣闊。同時(shí)，進(jìn)入21世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也進(jìn)一步擴(kuò)展了鋰離子電池的應(yīng)用范圍，多元化發(fā)展趨勢(shì)將成為下階段的研究課題。

[1]雷晶晶,李秋紅,陳立寶,張金頂,王太宏.動(dòng)力鋰離子電池管理系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].電源技術(shù),2010,11:1192-1195.

[2]許守平,侯朝勇,胡娟,汪奐伶.大規(guī)模儲(chǔ)能用鋰離子電池管理系統(tǒng)[J].電力建設(shè),2014,05:72-78.

[3]安志勝,孫志毅,何秋生.車(chē)用鋰離子電池管理系統(tǒng)綜述[J].電源技術(shù),2013,06:1069-1071.

[4]王宏偉,鄧爽,肖海清,趙鴻飛,王超.國(guó)內(nèi)電動(dòng)車(chē)用動(dòng)力鋰離子電池現(xiàn)狀[J].電子元件與材料,2012,06:84-86.